北京化工大学胡传刚课题组AFM：多功能各向异性碳气凝胶用于智能电磁波吸收

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-12-07 07:50

正文

电磁波在通信、智能穿戴、航空航天等领域的应用愈发广泛，但亦引发电磁干扰、污染及辐射安全等问题；开发高效吸波材料成为解决上述问题的关键。传统吸波材料因其功能单一难以满足高温、复杂电磁特殊环境下性能需求，促使研究人员不断探索新型多功能集成材料。多孔碳气凝胶材料，因其大的比表面积和独特结构备受关注，但应用于吸波领域仍面临诸多挑战。

本文北京化工大学胡传刚课题组联合河北唐山开滦新材料有限公司李建华博士开发了一种超轻多功能各向异性气凝胶，巧妙的结构设计实现智能电磁波吸收，满足吸波材料的高性能、高耐火性和高灵活的可调控性需求。

TOC: RCP气凝胶的结构设计和性能对比

通过热处理冰晶诱导的氧化石墨烯/氧化碳纳米管/六氯三聚磷腈复合阵物列结构，获得了具有纵向蜂窝状多孔和横向整齐层状结构的轻质、多功能碳基气凝胶，该材料同时实现了优异吸波性能、阻燃性和隔热性。各向异性结构设计确保其可根据环境需求沿不同倾斜角度展现吸波性能的可调性能。与层状结构相比，蜂窝状多孔结构有效促进了电磁波在材料内部的多次反射和散射，大幅度提高了电磁波在材料内部的延伸，从而实现了较高的吸波性能。优化后的R₁₀C₂P-4（前驱体中氧化石墨烯/氧化碳纳米管/六氯三聚磷腈的比列为10:2:1，氧化石墨烯的浓度为4 mg mL^-1）在纵向方向上的最小反射损耗为-61.5 dB，而在横向方向上则低至-22.4 dB。此外，多孔结构有效抑制了热量的扩散，六氯三聚磷腈热解产生的磷物种进一步提升了其阻燃性和隔热性，使材料在纵向方向上的热导率低至20.6 mW m^-1 K^-1。总之，本研究为多功能EMA材料的设计提供了巧妙的见解，使其能够灵活适应复杂环境需求。

图文导读

图1. RCP气凝胶的制备示意图及其物理表征

图2. RCP气凝胶的形貌变化

图3. RCP气凝胶的性能

图4. RCP气凝胶的吸波机理

图5. RCP气凝胶的机械、阻燃、热隔离性能

小结

综上所述，通过定向冷冻和后续热还原成功制备了多功能RCP气凝胶。该气凝胶具有各向异性结构，纵向呈蜂窝状多孔结构，横向呈整齐排列的层状结构，可根据环境需求调节性能。当氧化石墨烯浓度为4 mg ml^-1时，所得R₁₀C₂P-4气凝胶表现出最优异的性能，具有超低密度（2.83 mg cm^-³）、良好的电磁波吸收性能、出色的阻燃性和隔热性。因此，R₁₀C₂P-4气凝胶在航空航天、隐身武器、电磁防护等高科技领域具有可开发的应用前景。

来源：高分子科学前沿

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